阻抗匹配之你不知道的变压器阻抗匹配
阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間的一種合適的搭配方式。根據接入方式阻抗匹配有串行和并行兩種方式;根據信號源頻率阻抗匹配可分為低頻和高頻兩種。
(1)高頻信號一般使用串行阻抗匹配。串行電阻的阻值為20~75Ω,阻值大小與信號頻率成正比,與PCB線路板走線寬度成反比。在嵌入式系統中,一般頻率大于20M的信號且PCB走線長度大于5cm時都要加串行匹配電阻,例如系統中的時鐘信號、數據和地址總線信號等。串行匹配電阻的作用有兩個:
◆減少高頻噪聲以及邊沿過沖。如果一個信號的邊沿非常陡峭,則含有大量的高頻成分,將會輻射干擾,另外,也容易產生過沖。串聯電阻與信號線的分布電容以及負載輸入電容等形成一個RC電路,這樣就會降低信號邊沿的陡峭程度。
◆減少高頻反射以及自激振蕩。當信號的頻率很高時,則信號的波長就很短,當波長短得跟傳輸線長度可以比擬時,反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負載阻抗不相等(即不匹配)時,在負載端就會產生反射,造成自激振蕩。PCB板內走線的低頻信號直接連通即可,一般不需要加串行匹配電阻。
(2)并行阻抗匹配又叫“終端阻抗匹配”,一般用在輸入/輸出接口端,主要指與傳輸電纜的阻抗匹配。例如,LVDS與RS422/485使用5類雙絞線的輸入端匹配電阻為100~120Ω;視頻信號使用同軸電纜的匹配電阻為75Ω或50Ω、使用篇平電纜為300Ω。并行匹配電阻的阻值與傳輸電纜的介質有關,與長度無關,其主要作用也是防止信號反射、減少自激振蕩。
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值得一提的是,阻抗匹配可以提高系統的EMI性能。此外,解決阻抗匹配除了使用串/并聯電阻外,還可使用變壓器來做阻抗變換,典型的例子如以太網接口、CAN總線等。
通常我們在PCB設計時會針對相應的高速PCB信號線做阻抗匹配,下面,列舉一些常見信號的阻抗值。
USB:90Ω、HUB:90Ω、HDMI:100Ω、EDP:100Ω、LVDS:100Ω等等。
總結
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